非高炉炼铁-直接还原

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2)热值要高 生产一吨DRI/HBI所消耗的热量为10~14GJ,折合天
然气约320~400m3。天然气热值越高,则天然气用量越少。
3)N2含量要低 原料天然气的N2含量不仅影响天然气的热值,且影
响裂解后煤气的组成。尤其是当炉顶气循环时,N2含量将 对炉顶气的利用产生影响。
20
2.2 Midrex用含铁原料
15
MIDREX工艺过程
16
MIDREX流程图
17
18
2 Midrex直接还原工艺的原燃料
2.1 Midrex用燃料与还原剂
Midrex属于气基直接还原流程,还原气使用天然气经催化 裂化制取,裂化剂采用炉顶煤气。炉顶煤气含CO与H2约70%。 经洗涤后,约60%~70%加压送入混合室与当量天然气混合 均匀。混合气首先进入一个换热器进行预热。换热器热源是 转化炉尾气。预热后的混合气送入转化炉中的镍质催化反应 管组,进行催化裂化反应,转化成还原气。还原气含 (CO+H2)95%左右,温度为850~900℃。
67.79 12.84 93.22
6.69 12.13 93.06
7.57 12.01 93.00
7.07 12.47 92.55
7.02 12.34 93.50
海绵 铁成 分
/wt%
TFe MFe SiO2 Al2O3 CaO
MgO
92.46 86.12 1.71 0.91 0.65 0.28
93.83 87.47 1.16 0.88 0.40 0.25
6~16
10~35
10~35mm粒级/wt%
>70.0
>85.0
9~16mm粒级/wt%
>85.0
>95.0
小于5mm粒级/wt%
<5.0
<8.0
<3.0
<5.0
转鼓强度:
大于6.73mm/wt%
>92
>85
>95
>90
小于0.595mm/wt%
<6
<10
<4
<7
抗压强度:
平均值/(N/个)
>1500
88.24 82.12 7.63 0.44 0.38 0.29
88.91 82.69 4.83 0.82 0.51 0.78
88.59 81.99 4.88 0.84 0.50 0.68
91.69 85.73 3.89 0.87 0.53 0.28
P
0.017
0.010
0.008
0.008
0.012
0
0
0
0
24
目前,在Midrex工厂使用的球团矿和块矿范围较广泛。生 产实践表明,Midrex工厂可以在较宽的范围内灵活地选择矿 石,也即允许生产者按照自己的特殊要求选择氧化球团矿 和块矿的最佳组合。一般,Midrex工厂对铁矿进行常规试验, 根据生产参数和实际条件确定最佳用料混合比。
表9列出了已经在实际生产中使用的不同来源的多种球团矿。 表10列出了多种已在Midrex工厂中使用的天然块矿石。 表11是Midrex工厂使用不同配矿时的技术参数对比。
冷态下挤压成型,称为DRI压块。
1
1. 直接还原技术概述
直接还原产品DRI/HBI的用途
废钢的代用品--解决废钢不足的重要途径; 废钢残留元素的稀释剂,是电炉冶炼高品质纯净钢、优质
钢不可缺少的控制残留元素原材料; 装备制造业生产石油、合成化工、核设施等装备不可缺少
的原材料; 转炉炼钢的最好冷却剂,以DRI为冷料用于转炉生产可提
0.019
S
3.003
0.008
0.005
0.005
0.005
0.007
注:配矿A为50%Carol球团+50%Hilton球团;配矿B为60%Carol球团+20%Hilton球团+20%巴西块矿; 配矿C为40%Carol球团+30%巴西球团+30%巴西块矿;ην为还原段容积利用系数; MFe为全金属铁含量
氧化球团厂 ESSAR FMO LKAB Mandovi Oskol
Pena Colorada Portland
Quebec Cartier Samarco Sidor
Sydvaranger Wabush
国别 印度 委内瑞拉 瑞典 印度 俄罗斯 墨西哥 美国 加拿大 巴西 委内瑞拉 挪威 加拿大
26
25
氧化球团厂 IOC
IMEXSA Carol Lake
CMP CVRD Delta Steel Fire Lake GIIC Hierro Peru ASCO NISCO Kudremukh
表9 Midrex工厂曾使用的氧化球团矿
国别 加拿大 墨西哥 加拿大
智利 巴西 尼日利亚 加拿大 巴林 秘鲁 伊朗 伊朗 印度
项目
林德试验(760℃)结果: 金属化率/wt% 碎裂(小于3.36mm)/wt% 热负荷还原试验(815℃)结果: 转鼓强度(大于6.73mm)/wt% 抗压强度/(N/个)
接受值 球团矿 块矿
推荐值 球团矿 块矿
>91
>91
>93
>93
<5
<10
<2
<5
>500
>90
>85
>1000
粘结趋势(10转后,+25mm)/wt%
非高炉炼铁学
东北大学钢铁冶金研究所 魏国 2010.5
1. 直接还原技术概述
直接还原是将铁氧化物在不熔化、不造渣的条件下,进行 固态还原,生产金属铁产品,即直接还原铁(DRI)。由 于DRI的结构呈海绵状,故也称为“海绵铁”。
为了提高产品的抗氧化能力和体积密度,将DRI热态下挤 压成型,称为热压块(HBI)。
HYL-II
HYL-I Fior Finmet HIB Circored SL-RN CODIR
回转窑
煤基 电热法
转底炉 竖炉 外热式 反应罐 竖炉
电热竖炉
Finmet HIB Circored SL-RN CODIR DRC ACCAR Fastmet Finsider
Hoganas WIBERG PLASARED
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Midrex直接还原竖炉对天然气的要求如下:
1)含硫要低 由于天然气的重整转化使用镍基催化剂,而天然气中
的硫及硫化合物会使镍基催化剂产生“中毒”反应,使催 化剂中毒而失效,且不能再生。因此,要求天然气含硫必 须要低。天然气的含硫超过400ppm,则天然气必须进行预 脱硫后才能进入重整系统进行重整。
国别 澳大利亚
巴西 澳大利亚
巴西 南非 巴西 印度 巴西 南非 委内瑞拉 巴西 南非 巴西
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表11 Midrex工厂使用不同配矿时的技术参数对比
项目
参数
巴西球团 瑞典球团 加拿大球团 配矿A 配矿B 配矿C
主要 生产 参数
ην/(t·d-1·m-3) 能耗/(GJ/t) 金属化率/wt%
7.79 12.55 93.14
21
3 Midrex工艺原料要求
Midrex工艺多使用球团和块矿混合炉料。 一般要求:球团9~16mm粒级占95%,冷态抗压强度高于
2450 N/个;块矿10~35mm粒级占85%,具有较高的软化 温度和中等还原性;混合料含铁品位要高,酸性脉石含量低 (不高于3%~5%),CaO、MgO、TiO2以及S含量分别低 于2.5%、1.0%、0.15%和0.008%。 为放宽对矿石含硫的要求,Midrex法改用净化炉顶气作冷却 气,在冷却海绵铁的同时被热海绵铁脱硫,从冷却段排出后 再作为裂化剂,可容许使用含硫为0.02%的铁矿石。
低碳线材
0.12 0.08 0.07 0.02 0.01
0.20
锚链弹簧
0.20 0.10 0.10 0.03 0.02
0.20
特殊钢棒材
0.25 0.12 0.12 0.03 0.03
0.30
普通棒材
0.35 0.15 0.04 0.04 0.03
0.50
3
我国标准中规定残余元素最大值(%)
产品用途
Cu
Ni
Cr
As
普通碳结钢
0.30
0.30
0.30
0.08
优质碳结钢
0.30
0.25
0.25
热加工钢
0.20
0.25
0.25
铅浴钢丝用钢
0.20
0.15
0.10
优质钢
0.30
0.30
0.30
高级优质钢
0.25
0.30
0.30
4
气基
流化床
直接还原的分类
竖炉 反应罐 流化床
直接还原
HYL-ZR HYL-III Midrex Armco Purofer
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球团矿/块矿的物理性质(如粒度分布)和冶金性能(包括冷态 转鼓强度和抗压强度)对Midrex竖炉生产的影响很大。表7给出 了Midrex工艺对球团矿/块矿冷态物理特性的要求。
表7 Midrex对球团矿/块矿冷态物理特性的要求
项目
接受值 球团矿 块矿
推荐值 球团矿 块矿
正常粒度/mm
5~18
5~50
EDR
5
直接还原技术概况
直接还原炼铁工艺分为气基和煤基直接还原两大类,其 产品是固态海绵铁,主要供电炉炼钢用。
气基直接还原是用天然气经裂化产出的H2和CO作为还 原剂在竖炉、固定床罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化 铁还原成海绵铁。主要有Midrex法和HYL法。
煤基直接还原是用煤作还原剂在回转窑或转底炉内将矿 石中的氧化铁还原。
国别
生产块矿矿山
巴西 巴西 印度 印度 巴西 巴西 委内瑞拉 巴西 巴西 巴西 委内瑞拉 巴西 巴西 巴西
Hamersley Jangada
Mount Newman Mutuca Norore
Pao Branco Paradeep(Banspani)
Pico Postmasburg
San Isidro Sarzedo Sishen Tamandua
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MIDREX工艺过程
Midrex还原竖炉分上、下两部分。上部 为预热和还原带,断面为圆形。炉料经炉 顶料仓、下料管进入还原炉,炉料在还原 带停留约6小时。还原气从竖炉的中部周 边喷口进入,参加反应后从炉顶排出,炉 顶气经冷却和洗涤后(H2+CO)含量约为 70%,还原气的一次利用率约26%。 竖炉的下部为圆锥型的冷却带,还原后 的物料可用从底部气体分配器送入的冷却 气冷却到100℃以下排出炉外,获得DRI 产品;还原后的物料也可高温直接排出, 经压块后再冷却,获得HBI产品。冷却带 下部装有控制排料速度的装置。冷却气由 冷却带上部的集气管抽出炉外,经冷却和 净化后重复利用。
选择的含铁原料要适合于Midrex直接还原工艺和其后的炼 钢工艺要求,包括评价其化学成分、物理性能、还原性能和高 温特性等方面。
表6 Midrex工艺对球团矿/块矿化学组成的要求
成分 Fe SiO2+Al2O3+TiO3 S P Cu
含量/wt% >67.0 <3.0 <0.008 <0.030 <0.01
高转炉冷料的使用量,有利于提高转炉作业率和产量,有 效提高转炉生产的热利用率。
2
美国标准中规定的残余元素值(%)
产品用途
Cu
Ni
Cr Mo
Sn
总量
拉制铁罐板
0.06 0.04 0.04 0.02 0.02
0.12
深冲薄板
0.06 0.10 0.07 0.02 0.10
0.14
普通薄板
0.10 0.10 0.07 0.03 0.015 0.16
11
Midrex工厂外景
12
MIDREX竖炉法
850-900 ℃
300-400 ℃
100 ℃
13
MIDREX工艺过程
该工艺以天然气为原料气,炉顶气作转化剂。 炉顶气经冷却净化后,取其60%~70%用压缩机送入混合 室与天然气按反应化学当量混合,再送入装有镍催化剂反应管 的重整转化炉。剩余的炉顶气用于重整转化炉的加热。 重整转化炉的转化温度控制在900~950℃。重整转化时不 另外加氧、空气或水蒸气,转化后的还原气温度为850~ 900℃,(H2+CO)含量约95%,直接进入竖炉。
生产块矿矿山 Aguas Claras
Alegria Bailadila Bellary Hospet Brumadinho
Caue Cerro Bolivar
Conceica Corumba CVRD
E百度文库 Pao Esperanza
Ferteco Feijao
表10 Midrex工厂曾使用的商品块矿石
>2500
小于500N/个/wt%
<5.0
<2.0
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对于Midrex工艺直接还原来说,含铁原料的高温特性,如还原 速率、还原粉化性能、粘结趋势和高温还原强度等,对整个竖炉 生产的顺行以及技术经济指标都非常关键。表8列出了Midrex工 艺对球团矿和块矿高温冶金性能的要求。
表8 Midrex工艺对球团矿/块矿高温冶金性能的要求
直接还原的优点是流程短,没有焦炉,污染较少;缺点 是对原料要求严,要用高品位的铁矿。气基必须要有廉价 丰富的天然气,回转窑要用灰熔点高、反应性好的煤。
6
气基直接还原法的分类
7
2. 典型的直接还原工艺
8
2.1 气基直接还原工艺
9
2.1 气基直接还原工艺
10
1)Midrex气基竖炉直接还原
使用的还原气以天然气为原料,用炉顶气做转化剂在装 有镍催化管的重整转化炉内制成.(H2+CO=95%,温度850900℃ ) 含铁原料为球团、块矿或混合料 还原竖炉分上部预热带、还原带以及下部冷却带
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